III.5. РАДИАЦИОННЫЙ РЕЖИМ ВНУТРИ КРОНЫ
Наиболее общая задача изучения радиационного режима РП заключается, как известно, в получении средних характеристик их радиационного поля в целом или по отдельным слоям [310, 361].
При рассмотрении архитектуры виноградного куста было показано, что на долю затененных листьев в зависимости от системы культуры приходится от 30 до 50% всей площади куста. Это обстоятельство обусловливает важность изучения радиационного режима внутри кроны с точки зрения количественной оценки условий для фотосинтеза листьев.
Имеющиеся данные свидетельствуют о значительном ослаблении радиации внутри кроны винограда. Если освещенность листьев на прямом свету составляет 32 тыс. лк, то в зоне второго яруса уже 12—15 тыс. лк, а внутри кроны 2—4 тыс. лк [55]. В зависимости от нагрузки освещенность внутри кроны изменяется от 27,8 до 6,4 тыс. лк [317]. Если освещенность наружных частей кроны составляет 80 тыс. л к, то внутри кроны она понижается до 1 тыс. лк [488] или до 2—3% освещенности открытой площадки [459].
Ослабление радиации, проходящей через крону, неодинаково для лучей различной длины волн. Наибольшее ослабление радиации, проходящей через верхний ярус кроны, отмечено в области красных и синих лучей, а наименьшее — в области зеленых и близких инфракрасных [155]. На второй ярус попадает в основном рассеянная радиация и лишь незначительное количество составляют отдельные солнечные блики прямой радиации, проходящей через просветы между листьями верхнего яруса. На третий ярус листьев попадают преимущественно лучи
золеной и красной частей спектра, а также близкая инфракрасная радиация. Через листья третьего яруса до почвы проходит около 2% зеленых, 1,8% дальних красных и 8,5% близких инфракрасных лучей от облученности открытой площадки. Таким образом, падающая на крону солнечная радиация в результате хаотичного распределения листьев оказывается почти полностью поглощенной.
Рис. 21. Характерный дневной ход интенсивности радиации внутри
кроны винограда. а—вертикальная шпалера (С—Ю). 24 июля 1969 г., ярусы: 1 — верхний, 2 — средний, J—нижний; О — вертикальная шпалера (3—В), 4 августа 1970 г., ярусы: 1 — верхний, 2 —
нижний;
о — вертикальная шпалера (С—Ю), середина кроны. 1 — 24 июля, 2 — 27 августа, 3—1 октября 1969 г.;
г — Т-образная шпалера (С—Ю), середина кроны. 1 — 22 июля, 2 — 27 августа, 3 — 1 октября 1969 г.
На рис. 21 показан характерный дневной ход интенсивности суммарной радиации внутри кроны винограда qKна вертикальной шпалере по сравнению с Т-образной шпалерой при разной ориентации рядов.
Общим для всех рассматриваемых случаев является низкий уровень абсолютных значений q».Так, например, на вертикальной шпалере при ориентации рядов С—Ю даже в часы, когда облученность боковых сторон наибольшая (8 и 16 ч), величина qa составляет 0,15—0,17 кал/(см2-мин) и только в полуденные часы в верхнем ярусе кроны она достигает0,20кал/(см2-мин). В средней и нижней частях кроны в полуденные часы наблюдается значительное ослабление радиации — до 0,11 — 0,14 кал/(см2- мин).
При ориентации рядов 3—В величина q»изменяется синхронно поступлению радиации на верхнюю сторону кроны, но и здесь абсолютные значения q„очень низкие — до 0,13 кал/(см2 • мин) в полуденные часы.
В насаждениях с ориентацией рядов С—Ю кривые дневного хода <7 и в средней части кроны при размещении ее на вертикальной и на Т-образной шпалере имеют существенные различия. Внутри кроны на вертикальной шпалере наблюдаются два максимума: в 9—10 и 14—17 ч и один минимум в околополуденные часы. В период с июля по октябрь по мере снижения прихода радиации на верхнюю поверхность кроны значения qiS закономерно снижаются от 0,13 до 0,05 кал/(см2-мин). На Т-образной шпалере дневной ход qa в средней части кроны изменяется синхронно поступлению радиации на верхнюю сторону. Максимум наблюдается в полуденные часы при значениях c7H = 0,15-f-4-0,17 кал/(см2 • мин) в зависимости от периода вегетации.
Кривые вертикального распределения усредненных значений интенсивности радиации образуют в течение дня два максимума: в 10 и 16 ч (рис. 22). Минимальные значения радиации во всех слоях приходятся на околополуденные часы, когда значения qa обусловлены главным образом потоками радиации, проникающими через вертикальную толщу листовой массы. При нагрузке 18 побегов на куст значения qa изменяются от 0,25— 0,28 кал/(см2 • мин) в верхнем ярусе до 0,10—0,15 кал/(см2 • мин) в нижней части кроны. При нагрузке 40 побегов величина qn в верхних слоях снижается до 0,12—0,22 кал/(см2- мин), а в нижних в течение всего дня удерживается на уровне 0,05 — 0,10 кал/(см2 • мин), т. е. практически она близка к точке компенсации фотосинтеза.
Средние характеристики qiS дают обобщенное представление о радиационном режиме кроны. Между тем радиационное поле внутри любого фитоценоза в естественных условиях представляет собой поле случайных колебаний, обусловленных хаотическим распределением элементов фитомассы в ценозе. Такое поле имеет как пространственную, так и временную изменчивость. Показано, например [455], что на глубине 30—40 см и кроне винограда листья освещаются перемежающимися вспышками солнечного света длительностью примерно 0,6 с с промежутками около 1,2 с. В лабораторных условиях в 2-минутных циклах наибольшая эффективность фотосинтеза наблюдалась при соотношении свет/темнота 0,8/1,2 и 0,6/1,4 с (при насыщающих интенсивностях света).
Рис. 22. Вертикальное распределение усредненных значений ИР внутри кроны при нагрузке 18 побегов (7) и 40 побегов на куст (II). Сорт Ркацители.
Слои кроны (см): а)0—40, б)40—60, в)60—80, г)80—100, д)100—120, е)120—140
Неравномерное распределение радиации внутри фитоценоза, выраженное в чередовании бликов, теней и полутеней, указывает на известную ограниченность средних значений при изучении радиационного режима как фактора фотосинтетической продуктивности.
Наиболее полная информация о случайных величинах содержится, как известно, в функции распределения, которая оценивается графически и посредством числовых статистических характеристик. Отмечается, например, что в посеве кукурузы вес распределения потоков ФАР имеют один максимум, который постепенно по мере погружения уровня измерения смещается в сторону меньших интенсивностей. Функции распределения в целом далеки от нормального распределения [172]. Не описывается по типу нормального и распределение потоков радиации под пологом леса. Здесь общим для всех распределений мгновенных значений суммарной радиации является наличие одного максимума и асимметрии в сторону меньших значений потоков. Кривые распределения интенсивности света в культурах сосны имеют один максимум в зоне слабых интенсивностей, который перемещается в сторону больших интенсивностей по мере увеличения hQ [388].
Рис. 23. Статистическое распределение ИР по слоям кроны винограда в разные часы дня. Сорт Ркацители, 18 побегов на куст. Обозначения слоев те же, что на рис. 22.
Полученные нами данные (рис. 23) показывают большую пестроту радиационного поля кроны винограда в вертикальном слое на протяжении светового дня. Общим для гистограмм по вертикали является наличие максимумов в левой части вариационных рядов, что указывает на преобладание минимальных интенсивностей. По мере понижения уровня слоя количество отсчетов с низкими интенсивностями радиации увеличивается. На протяжении дня наиболее однородное радиационное поле с относительно низкими интенсивностями радиации складывается в полуденные часы. В утренние и послеполуденные часы увеличиваются абсолютные значения радиации и одновременно повышается пестрота радиационного поля в слое.
В заключение следует отметить, что состояние изученности радиационного режима виноградника как фактора фотосинтетической продуктивности растений не позволяет еще делать какие либо широкие обобщения. По-существу, имеющиеся данные дают лишь общее представление о радиационном режиме виноградника, и многие стороны этого процесса требуют существенной детализации. Это касается, в частности, радиационного поля внутри кроны — характеристики весьма изменчивой и требующей для описания современного аппарата статистической теории случайных функций [299]. Практически нет данных о радиационном режиме как пространственно-временной функции роста и размещения листьев. Ограниченно используются математические методы для количественного описания радиационного режима винограда.
Таким образом, имеется круг вопросов, решение которых позволит, помимо качественного описания радиационного режима существующих систем и форм кроны винограда, перейти к созданию моделей крон, радиационный режим которых в наибольшей степени отвечал бы условиям максимальной фотосинтетической активности растений. Разрабатываемые в настоящее время методы математического моделирования радиационного режима РП в связи с фотосинтетической продуктивностью [306, 307] указывают на перспективность этого направления исследований.
